配電系統(tǒng)可靠性分析

魏雪松

摘 要：配電系統(tǒng)包括架空線路、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器等元件。元件眾多，且進(jìn)行可靠性分析時(shí)除了知道這些元件的可靠性參數(shù)外，還要知道這些參數(shù)的分布情況，使得可靠性計(jì)算變得比較復(fù)雜。可靠性分析的基本方法分為解析法和蒙特卡洛模擬法，通過(guò)分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)，得出解析法更適合對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行分析，不便于進(jìn)行計(jì)算復(fù)雜配電網(wǎng)絡(luò)可靠性的問(wèn)題，學(xué)者們進(jìn)行了各方面的改進(jìn)，最后對(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了總結(jié)與展望。該文詳細(xì)闡述了配電系統(tǒng)可靠性的基本概念、特點(diǎn)及常用指標(biāo)，介紹了配電系統(tǒng)可靠性的常用算法，給出了它們的適用情況和不足之處。該文對(duì)各種改進(jìn)算法進(jìn)行了比較和分析，指出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。并對(duì)配電系統(tǒng)可靠性的研究工作提出了建議和展望，為今后的研究工作提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng) 故障模式 可靠性

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）10（c）-0024-02

1 影響配電網(wǎng)可靠性的因素

（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)要根據(jù)用電量及用戶分布決定，供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否合理直接影響供電成效，特別是高載荷供電線路。（2）線路故障率與修復(fù)時(shí)間。供電線路出現(xiàn)故障很多情況下是線路工作環(huán)境復(fù)雜，造成線路老化絕緣性降低或破損。人為因素也是影響線路故障率的一大原因。線路的故障率與修復(fù)時(shí)間與配電網(wǎng)的自動(dòng)化程度和管理機(jī)制有關(guān)。（3）系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)與管理。系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)與管理大致包括：操作人員的技術(shù)水平及供電設(shè)備正常運(yùn)行的能力；電力公司對(duì)配電網(wǎng)故障的檢修質(zhì)量水平；部門(mén)管理與調(diào)動(dòng)人員的能力等。

2 可靠性分析基本方法

2.1 故障模式后果分析法

在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，故障的出現(xiàn)，目前是采用故障定位技術(shù)方法。一般是對(duì)戶外的終端單元的信息源進(jìn)行篩查甄別，而配電網(wǎng)信息受干擾或丟失的可能性較高，因此在應(yīng)用配電網(wǎng)故障定位技術(shù)時(shí)，就需要充分考慮信息處理時(shí)的容錯(cuò)能力。選擇合理的故障定位方法和技術(shù)，還源自于目前配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，以及運(yùn)行工況始終處于動(dòng)態(tài)變化之中，平衡是一種相對(duì)的暫態(tài)。因此，對(duì)于配電網(wǎng)故障的出現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)快速定位，從而判斷出故障原因并進(jìn)行隔離，并沒(méi)有固定的模式和現(xiàn)成的答案可以對(duì)應(yīng)，而需要人們積累經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際來(lái)處理。通常來(lái)講，在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)故障的快速定位和隔離，以盡可能短的時(shí)間內(nèi)對(duì)其他區(qū)間恢復(fù)供電，這種性能的提高，在一定程度上也會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)其他性能的弱化。因此，如何權(quán)衡其中利弊，就需要大家根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

2.2 蒙特卡羅模擬法

與解析法所不同的是，蒙特卡洛模擬法采用抽樣的方法進(jìn)行狀態(tài)的選擇，即根據(jù)不同設(shè)備概率分布函數(shù)抽樣來(lái)確定系統(tǒng)的狀態(tài)，然后對(duì)產(chǎn)生的狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。解決了由于大規(guī)模配電網(wǎng)中的元件眾多而帶來(lái)巨大計(jì)算量的問(wèn)題，但它的計(jì)算精度與計(jì)算時(shí)間的平方成反比，要提高精度，用模擬法的計(jì)算的時(shí)間將會(huì)顯著增加。

2.3 解析法與模擬法的混合

由于蒙特卡洛模擬法與解析法比較各有所長(zhǎng)，且各自的優(yōu)缺點(diǎn)互為補(bǔ)充，所以混合法就應(yīng)運(yùn)而生。

2.4 科學(xué)優(yōu)化系統(tǒng)配置與性能

從目前已有的研究及經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，針對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)數(shù)據(jù)相對(duì)集中帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，主要從“軟件”和“硬件”兩個(gè)方面采取措施來(lái)進(jìn)行優(yōu)化配置，以提高系統(tǒng)的可靠性。首先，可以采取集群化采集、處理、分流分層以及分區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式等數(shù)據(jù)處理方式，從而提高主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，進(jìn)而提高系統(tǒng)的可靠性與安全性。其次，應(yīng)從硬件設(shè)施方面來(lái)加強(qiáng)主站系統(tǒng)的建設(shè)，以提高系統(tǒng)的性能。面對(duì)近年來(lái)我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)與改造速度的加快，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。在考慮提高配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況在必要區(qū)域，采用帶有數(shù)據(jù)采集處理、存儲(chǔ)和故障處理能力的配電子站系統(tǒng)。從局部提高系統(tǒng)故障的隔離能力和隔離速度，從而使整體上配電網(wǎng)系統(tǒng)故障處理能力提高。因此，科學(xué)地對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置，是提高系統(tǒng)可靠性的重要手段之一。

3 提高配電網(wǎng)可靠性的措施

提高配電網(wǎng)可靠性的方法一般有提高配電網(wǎng)的硬件設(shè)施和軟件匹配兩種方法。提高配電網(wǎng)的硬件設(shè)施通常是對(duì)配電線路及組成配電網(wǎng)的體統(tǒng)元件進(jìn)行更新?lián)Q代；對(duì)軟件的升級(jí)主要是對(duì)配電可靠性的平復(fù)算法和控制算法進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)也包括系統(tǒng)的管理理念和方式的升級(jí)。

3.1 硬件措施

（1）改善配電網(wǎng)的電源及其輸電方式。通過(guò)提高電源的可靠性，減少電源對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響。常見(jiàn)的措施有：增加導(dǎo)線的截面，提高線路的輸送量；實(shí)行分段控制，增加變電站之間的聯(lián)絡(luò)線，提高變電站負(fù)荷的轉(zhuǎn)供能力，從而達(dá)到減少停電提高配電網(wǎng)可靠性的目的；縮短10 kV線的供電半徑（常用的方式是增設(shè)10 kV開(kāi)關(guān)所或增加10 kV的出線回路）。（2）提高配電網(wǎng)的運(yùn)行靈活性，改善配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對(duì)重要的線路采用雙回路供電，提高其輸送能力；增加主干線路開(kāi)關(guān)，架設(shè)分支，盡可能減小停電范圍；實(shí)現(xiàn)供電線路的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)布局。（3）提高電網(wǎng)的裝備水平。降低設(shè)備的故障發(fā)生率，積極采用最新的技術(shù)、設(shè)備，減少因設(shè)備老化、過(guò)期、損害等問(wèn)題造成的不必要停電。（4）加強(qiáng)配電網(wǎng)的防護(hù)措施。氣候因素是影響配電可靠性的一個(gè)重要部分。提高配電網(wǎng)可靠性必須加強(qiáng)配電網(wǎng)應(yīng)對(duì)極端條件（如雷擊）的能力。（5）在配電網(wǎng)中加裝分布式電源。分布式電源在配電網(wǎng)中可以起到兩個(gè)作用：一是提高配電網(wǎng)的可靠性；二是作為備用能源。分布式電源對(duì)環(huán)境的危害小，同時(shí)能夠很好的完善配電網(wǎng)的不足。分布式電源的推廣應(yīng)該是未來(lái)提高配電網(wǎng)可靠性的一種重要手段。

3.2 軟件措施

隨著配電系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化程度的提高，以及分布式電源的發(fā)展，采用傳統(tǒng)的評(píng)估方式對(duì)配電可靠性進(jìn)行評(píng)估就顯路后。因此，要提高配電網(wǎng)的可靠性不僅要注重硬件系統(tǒng)的更新，還要注意可靠性評(píng)估方式的升級(jí)。

（1）貝葉斯網(wǎng)絡(luò)評(píng)估法與安全系統(tǒng)中常用的故障樹(shù)分析法相似，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)評(píng)估法不僅可以計(jì)算出配電網(wǎng)單個(gè)部件或局部體統(tǒng)對(duì)整體可靠性的影響程度，并且能夠估算整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，對(duì)電力企業(yè)一個(gè)直觀、量化的指標(biāo)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)評(píng)估方法的不足。（2）模糊可靠性評(píng)估算法?；谀：龜?shù)學(xué)的模糊性可靠系統(tǒng)評(píng)估法在對(duì)配電網(wǎng)記性可靠性評(píng)估時(shí)可以把諸多的不確定性因素考慮進(jìn)去，評(píng)估結(jié)果具有極高的可信度。（3）混合評(píng)估法?；旌显u(píng)估法集合了解析法和蒙特卡洛模擬法?；旌显u(píng)估法的思路是：首先，利用模擬法將整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程進(jìn)行模擬，然后將模擬的平均持續(xù)時(shí)間解析出來(lái)。（4）人工智能算法。人工智能算法是在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電力系統(tǒng)可靠性的評(píng)估算法。不僅在將對(duì)配電網(wǎng)的可靠性評(píng)估提高到一個(gè)很高的精度，同時(shí)解決了兩個(gè)以上的多路器同時(shí)跳開(kāi)和因負(fù)荷故障引起的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，大量新設(shè)備、新技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)之中。一方面這是適應(yīng)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的實(shí)際需要，另一方面也由此帶來(lái)了電網(wǎng)運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性、安全性問(wèn)題。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)作為近年來(lái)我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)與改造的重要技術(shù)成果，如何提高其可靠性與穩(wěn)定性是值得廣大電力工作者探討的課題。配電網(wǎng)自動(dòng)化是當(dāng)前電力系統(tǒng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的必要手段。針對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性，還存在一定的提升空間，有待進(jìn)一步完善。

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